İklİmlendİrme uygulamalarinda dÜŞÜk sicaklikli … · modern bina teknolojilerinde ısıtma...

TESKON 2015 / BİLİMSEL / TEKNOLOJİK ÇALIŞMALAR

MMO bu yayındaki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan, teknik bilgi ve basım hatalarından sorumlu değildir.

İKLİMLENDİRME UYGULAMALARINDA DÜŞÜK SICAKLIKLI HAVA DAĞITIM SİSTEMİNİN ENERJİ VERİMLİLİĞİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

MEHMET ALİ BULUT KARAKUVETLERĠ KOMUTANLIĞI ASTSUBAY M.Y.O. M. ZİYA SÖĞÜT ANADOLU ÜNĠVERSĠTESĠ RECEP YAMANKARADENİZ ULUDAĞ ÜNĠVERSĠTESĠ

MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI

BİLDİRİ

Bu bir MMO yayınıdır

____________________ 2723 _______

12. ULUSAL TESĠSAT MÜHENDĠSLĠĞĠ KONGRESĠ – 8-11 NĠSAN 2015/ĠZMĠR

Bilimsel/Teknolojik Araştırma Oturumu Bildirisi

İKLİMLENDİRME UYGULAMALARINDA DÜŞÜK SICAKLIKLI HAVA DAĞITIM SİSTEMİNİN ENERJİ VERİMLİLİĞİNE

ETKİSİNİN İNCELENMESİ

M. Ali BULUT M. Ziya SÖĞÜT Recep YAMANKARADENİZ

ÖZET Ġklimlendirme ve soğutma uygulamalarında düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinin kullanılması, iç hava kalitesine etkisi nedeniyle uzun yıllardır sadece ticari ve endüstriyel uygulamalarla sınırlı kalmıĢtır. Ancak son yıllarda binalarda enerjinin sürdürülebilir maliyetleri üzerinde önemli bir paya sahip olan iklimlendirme sistemlerinde bu etkilerinin azaltılmasına yönelik çalıĢmalarda, düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemleri etkin çözümler sağlamaktadır. Ayrıca otomasyon teknolojisindeki geliĢmeler de bu tür uygulamaların avantajları nedeniyle kullanımlarını öne çıkarmıĢtır. Bu çalıĢmada öncelikle düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sisteminin yapısı, iklimlendirme uygulamalarına etkileri incelenmiĢ, dağıtım sisteminin iklimlendirme potansiyeli üzerindeki verimlilik etkileri değerlendirilmiĢtir. ÇalıĢmada özellikle soğutucu akıĢkan tercihlerine bağlı olarak %10’lara varan tasarruf potansiyeli görülmektedir. ÇalıĢmanın sonunda sistemin performans etkisine bağlı olarak termodinamik ve çevresel değerlendirmelerde bulunulmuĢtur. Anahtar kelimeler: Ġklimlendirme sistemleri, dağıtım sistemi, düĢük sıcaklık uyg., enerji verimliliği, emisyon etkisi ABSTRACT Using low temperature air distribution systems on HVAC-R applications is very limited on commercial and industrial applications because of indoor air quality. In the last couple of years, ongoing researches on decreasing the effect of air conditioning systems which have significant importance on sustainable costs of building energy can provide effective solutions. Also, the development on automation technology is increasing usage of these applications because of their advantages. In this study, the composition of the low temperature air distribution system, the effects on air conditioning systems, the efficiency effects of potential of the distribution systems is assessed. Up to %10 energy saving is predicted according to the selection of the refrigerant. At the end of this study, thermodynamical and environmental assessments are helded according to the performance effect of the system. Key words: Air conditioning systems, distribution system, low temperature applications, energy efficiency, emission effect

____________________ 2724 _______



1. GİRİŞ Modern bina teknolojilerinde ısıtma havalandırma ve soğutma amaçlı iklimlendirme sistemlerinin kullanımı her geçen gün yoğunluğunu arttırmaktadır. Bina enerji tüketim potensiyeli yönüyle kullanıma bağlı olarak %40’ları aĢan HVAC sistemlerinin kullanımı enerji maliyetleri yönüyle oldukça önemli bir parametre olarak değerlendirilmektedir. Bu tür sistemlerde düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemleri, geliĢen teknoloji ve kontrol sistemleriyle birlikte öne çıkmıĢtır. Bu yönüyle özellikle düĢük su sıcaklığında chillerin veriminin yükseltilmesi ve bunun tasarımları, düĢük sıcaklıklı hava talebi için yüksek indüksiyonlu difüzör tasarımları, akıĢ debilerini enerji taleplerini düĢürerek enerji tasarrufunda etkin yöntemler sağlamıĢtır. SoğutulmuĢ hava sistemleri olarak da tanımlanan bu uygulamalarda düĢük debi akıĢına bağlı olarak iklimlendirme sistem ve donanımlarında önemli kapasite tasarrufları sağlanmaktadır. DüĢük sıcaklıklı hava dağıtımının en önemli etkisi, sistem maliyeti yanında enerji tüketimini ve maliyetlerini azaltmaktır. HVAC sistemleri genel uygulamalarda üfleme sıcaklığı olarak 12

°C ile 15

°C sıcaklık aralığında bir

dağıtım havasına sahiptir. Bu sistemlerin uygulandığı modern yapılar için konfor öncelikli tercih sebebidir. Bu nedenle iĢletme parametrelerinde toleranslar yüksek tutulur. Ancak düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinde bu parametreler dikkate alınarak üfleme sıcaklıkları 4

°C ve 10

°C aralığına

sahiptir ve yoğuĢmanın engellenmesi için bağıl nem ve iç ortam yaĢ termometre sıcaklıkları kontrol edilir. Mekanik sistemlerin yatırım maliyetleri yönüyle oldukça avantajlı bir uygulama olan düĢük sıcaklıklı hava sistemleri enerji verimliliği yönüyle oldukça etkin yaklaĢımlardır[1]. Ġç hava kalitesi ve konfor Ģartlarında standardın korunması, HVAC sistemlerinin etkinliği yönüyle önemlidir. Bu nedenle düĢük sıcaklıklı hava uygulamalarının olası problemleri ve bu sistemlerin etkinliğinin arttırılması için pek çok çalıĢma yapılmıĢtır. Tassou and Leung buz depolama ve düĢük sıcaklıklı hava dağıtımına bağlı ticari bir binanın iklimlendirme sisteminde geleneksel sistemlere göre performans parametrelerini incelemiĢtir. Bu sistemin geleneksel sistemlere göre yaĢam döngü analizlerinde ve yatırım maliyetlerinde oldukça etkin olduğu, enerji tasarruf potansiyelinin yüksek olduğu görülmüĢtür[2]. Sbah ve arkadaĢları çalıĢmalarında, bir oda içinde düĢük sıcaklıklı hava dağılımının etkilerini yer değiĢtirme difüzör, yarık difüzör, kare difüzör ve ızgara difüzörleri referans alarak hava dağılım çalıĢmaları için basit bir yaklaĢım metodu geliĢtirmiĢler. ÇalıĢmalarında uygulamalar için oldukça faydalı sonuçlara ulaĢmıĢlar[3]. Bilimsel çalıĢmalar teorik olarak bazı olumlu sonuçlar verse de doğrudan veya dolaylı etkiler bu sistemlerin uygulanması veya tercih edilmesinde problemler yaratmıĢtır. Özellikle düĢük sıcaklıklarda iç ortam sıcaklığına göre yoğuĢma sıcaklığının altında kalması, yapı bileĢenlerinde terleme veya çiğlenme gibi sorunlar yaratmıĢtır. Bu çalıĢma düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinin hem yapısal yükleri hem de yoğuĢma etkileri yönüyle bir tarama çalıĢması olarak değerlendirilebilir. Bu yönüyle HVAC uygulamaları için düĢük sıcaklıkta hava dağıtım sisteminin enerji performansları, nem ve sıcaklık dağılımları incelenmiĢtir. 2. HAVA DAĞITIM SİSTEMLERİ VE DÜŞÜK SICAKLIKLI HAVA DAĞITIMI Merkezi iklimlendirme sistemlerinde sistem kapasitesinin en önemli bileĢenlerinden biri dağıtım sistemi ve yöntemidir. Mahallerde hava ihtiyacı belirlendikten sonra enerji talebine ve komutlara bağlı olarak dağıtım sağlanır. Merkezi iklimlendirme uygulamalarında genel olarak sabit debili (constant volume - CV) ve değiĢken debili (Variable air volüme – VAV) olmak üzere iki hava dağıtım yöntemi vardır. CV sistemler, temel hava dağıtım sistemleri olarak da değerlendirilebilir. Özellikle hacimlerin hava değiĢim özelliklerine ve kapasitelerine göre hava debileri hesaplanır ve kanal akıĢları buna göre belirlenir. Sistemde fan kontrolü damper veya termostat kontrolüne bağlı on/off çalıĢır. Zon bölgesine yerleĢtirilen bir termostat yardımıyla set değerine bağlı iç hava konfor koĢuluna göre santralden ısıtma veya soğutma ihtiyacı karĢılanılır[4]. ġekil 1’de basit sistem modeli verilmiĢtir.

____________________ 2725 _______



Şekil 1. CV sistemlerin basit sistem akıĢ modeli [4]

Ġklimlendirme uygulamalarında özellikle soğutma veya mevsim geçiĢlerinde soğutma ihtiyacı, genellikle iç konfor koĢulları ile birlikte psikometrik Ģartlara bağlı olarak çiğ sıcaklığı da dikkate alınarak hesaplanır. Özellikle iç konfor koĢullarının bozulmaması için üfleme havası hız dağılımları da dikkate alınarak 12-17 °C aralığında sağlanılır. Özellikle düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinde ΔT sıcaklık değiĢimi önemli bir parametredir ve bu değerin 4 °C’yi geçmesi istenmez. YoğuĢma veya terlemeye neden olan bu gibi durumların önlenmesi için etkin bir izolasyon uygulanmalıdır. Konfor Ģartları için problemli olan bu uygulamalarda soğutma gruplarında özellikle yüzey buzlanmaların engellenmesi için ( 6 °C’den yüksek sıcaklıklar için) glikol çözeltilerinin de kullanıldığı görülmektedir. Bu sıcaklık farkı değerlendirildiğinde pompa debilerinin düĢtüğü, boru boyutlarının da azalması ile birlikte enerji etkin ortamlar yaratılabilir. DüĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemleri daha düĢük hava sıcaklığı, düĢük su ve hava debileri, düĢük yüzey hızları olarak değerlendirilebilir. Gerçekte bu sistemlerin klasik uygulamalarla karĢılaĢtırılması yapılacaksa, çıkıĢ hava sıcaklıkları, soğutulmuĢ akıĢkanın giriĢ sıcaklığı ve yüzey hızları dikkate alınır. Tablo 1’de klasik ve düĢük sıcaklıklı hava dağıtımı sistemlerinin tasarımında göz önüne alınan parametreler verilmiĢtir. Tablo 1. Klasik ve düĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinin tasarım parametreleri [5]

Soğutucu Seçim Parametreleri Geleneksel

DüĢük Sıcaklıklı Hava Dağılımı

Min maks. min maks.

ÇıkıĢ Hava Sıcaklığı (°C) 12 13 5 10

SoğutulmuĢ AkıĢkanın giriĢ sıcaklığı (°C) 5 7 2 6

Yüzey Hızı (m/s) 2.3 2.8 1.5 2.3

SoğutulmuĢ AkıĢkanın Sıcaklık Aralığı (°C) 5.5 8.8 8.8 13.2

Geleneksel uygulamalardan farklı olarak düĢük soğutmalı sistemlerde kanal yoğuĢma veya nemlenme problemleri çözülse de ortam üflemelerinin olduğu menfez ağızlarının durumu etkinlik kazanır gerçekte Geleneksel uygulamalarda milimetre baĢına 0,3-0,6 kanatları olan 4-6 sıralı elemanlar kullanılırken, 8-10

oC arasındaki besleme havası sıcaklığı için,6 sıralı difüzörler daha verimli olduğu kabul edilir.

Ancak düĢük besleme havası sıcaklığı için 8-10 sıralı difüzör tercihleri kullanılmaktadır. Bu tür

____________________ 2726 _______



uygulamalarda soğuk hava için milimetre baĢına 0.4-0.5 kanat aralığı genellikle nem taĢınımını minimize eder. DüĢük sıcaklıklı hava dağıtım sistemlerinde tavsiye edilen yüzey hızı; standart tasarımlarda 2.3-2.8 m/s olmasına karĢın daha düĢük olan 1.5-2.3 m/s aralığı seçilmelidir. Çünkü nem artıĢı doğrudan bu sistemlerde havadaki buharın sürüklenmesi neticesinde daha çok sıvı halde su oluĢumunu ve havada daha çok nem yoğunlaĢmasına neden olur[5]. Daha geniĢ kanat aralığı ve daha düĢük yüzey hızı sistemdeki 7

oC üstündeki besleme hava

sıcaklığındaki sistemdeki sıra sayısının artıĢı hava basınç düĢüĢünün artmasını, sıvı basınç düĢüĢünün artıĢı sonucunda dengeler. 7

oC’nin altındaki besleme hava sıcaklığındaki sistemlerde

hava basınç düĢüĢü artmaktadır. Hava ve su sıcaklık farklarının daha geniĢ olması nedeniyle fan ve pompa enerjileri geleneksel sistemlerden daha iyidir. Özellikle kanal hatlarında hıza bağlı oluĢan basınç kayıpları kanal boyutu ve fan etkisindeki azalmaya bağlı olarak orantılı azalır. Ayrıca kanal kesitindeki azalma kanal yüksekliğinin sınırlandırdığı kullanım alanları için düĢük sıcaklıklı hava dağılımı ile birlikte daha uygun bir tasarım sağlar. Bunun dıĢında düĢük sıcaklıklı soğutma sistemlerinin sağladığı avantajlar aĢağıda verilmiĢtir:

Mekanik sistem maliyetlerinin azalması: Ġlk maliyet indirimi, özellikle fan kapasitesi ve kanal kesit çaplarının düĢmesiyle birlikte sistem ihtiyaç duyduğu tüm bileĢenleri küçülür ve maliyetler azalır.

Konforun düĢük bağıl nemle iyileĢtirilmesi: DüĢük sıcaklık değeri ile birlikte yükselen bağıl nemin konfor koĢullarını etkilememesi için difüzör etkinliği geliĢtirilerek düĢük bağıl nem ile birleĢtirilip konforun korunması.

DüĢük bağıl nemden dolayı oda hava sıcaklığının arttırılması: DüĢük sıcaklıkta çiğ noktasının düĢürülmesi ( 6 K’de çiğ noktasının azaltılması kuru termometre sıcaklığında 0.5 K olarak termal hassasiyet üzerinde aynı etkiye sahiptir.) kuru termometre sıcaklığında düĢüĢe neden olur. Aynı etki düĢük bağıl nem ile de sağlanır ( Bağıl nemini %50 den %35 civarına azaltıldığında kuru termometre sıcaklığı yaklaĢık 0.5 K artar). Ayrıca iç ortam hava miktarının düĢürülmesi ve düĢük bağıl nem etkisi iç hava kalitesini olumlu etkiler ve hasta bina sendromu tehdidini azaltır.

Enerji tüketiminin azaltılması: Gerek kapasitede düĢüĢler gerekse her bir bileĢenin enerji talebindeki azalma (Fan enerjisi düĢük sıcaklıklı hava sisteminin sağladığı düĢük hava miktarından dolayı %30 dan %40 kadar azalır.) enerji tüketim maliyetini düĢürür. Ayrıca geliĢmiĢ uygulamalarda buz deposu kullanımı gibi tercihler bu etkiyi daha da düĢürür. DüĢük soğutma sıcaklığına sahip bu sistemlerin sağladığı avantajlar yanında dikkat edilmesi gereken dezavantajları vardır. Bunlar;

Hava dağıtım sistemleri için soğutma kapasitesinin arttırılması: DüĢük sıcaklıklı soğutma tercihinde en önemli dezavantaj olarak değerlendirilebilir. Soğutma enerji ihtiyacı doğrudan artacaktır. Ancak bu etkinin kontrol altına alınması için soğutucu akıĢkan tercihi ve sistem seçimi önemlidir.

YoğuĢma tehditi: DüĢük soğutma sıcaklığına sahip uygulamalarda yüksek bağıl nem, yoğuĢma ve buna bağlı küflenme, pamuklanma, terleme gibi konfor Ģartlarını olumsuz etkileyen yapılara sahiptir. Bu nedenle kullanılmayan bu uygulamalarda geliĢtirilen modern difüzörler ile bu tehdit engellenmiĢtir. Ayrıca iç hava gelen soğuk hava ile resirküle ettirilerek dolaylı bir nem kontrolü sağlanabilir[5]. 3. DİFÜZÖRLER Ġklimlendirme, soğutma ve havalandırma sistemlerinde kanallı uygulamalar için kanal akıĢının son noktalarında yer alan difüzörler, tıpkı menfezler gibi mahallere gerekli hava debisinin verilmesi, havanın mahal içinde yayılmasının sağlanması, baĢta olmak üzere özellikle mimari özellikleri göre Ģekil verilen elemanlardır. Mahallerde besleme havasını menfezlerden farklı olarak farklı yönlerde ve düzlemlerde dağıtan hava çıkıĢ elemanlarıdır. Difüzörler geometrik Ģekillerine bağlı olarak yuvarlak tavan difüzörler, kare tavan difüzörler, yuvarlak plakalı difüzörler, delikli tavan difüzörü gibi pek çok uygulaması vardır. ġekil 2’de difüzör türleri görülmektedir.

____________________ 2727 _______



Yuvarlak Tavan Difüzörü Kare Tavan Difüzörü

Panjurlu Yüzey Difüzörü

Yuvarlak Plaka Difüzörü

Radyal/Bükümlü Difüzör

Plenum Yuvalı Difüzör

Hafif Troffer Difüzörü

Delikli Tavan Difüzörü

Şekil 2. Geometrik özelliklerine göre difüzör tipleri[6] DüĢük sıcaklıklı soğutma uygulamalarında yüksek bağıl nem değerine bağlı olarak ani yoğuĢma problemi için indüksiyon difüzörler öne çıkmıĢtır. Bu difüzörler özellikle düĢük sıcaklıklı uygulamalar için üfleme havasına iç ortam havasında akıĢ yaratarak düĢük hava debisinin yaratacağı iç hava kalitesindeki kötüleĢmeyi azalttığı gibi iç ortam üfleme sıcaklığını dolaylı olarak da yükseltmektedir. Bu tür difüzörlerde bu indüksiyon oranıyla tanımlanır. Ġndüksiyon oranı, birincil hava akımı oranına bağlı indüklenen ikincil hava miktarıdır. Bu değer, bir difüzör için, difüzörün deĢarj özelliklerine ve indüksiyon ölçümlerine göre difüzörden uzaklığına bağlıdır. Ġndüksiyon özelliği ortam için sekonder hava akıĢına bağlı üfleme hava debisini arttırdığı gibi ortam havasının bir kısmı için iç ortamdaki türbülansların oluĢumunu sınırlayarak akıĢ debisini yükseltir. Soğuk hava üfleme için tercih edilen difüzörler ön indüksiyonlu, çoklu memeli ve girdap difüzörler olarak üç farklı uygulamaya sahiptir. Ön indüksiyon difüzörler, bir ön indüksiyon odasına çok memeli üfleme oluĢturarak, sekonder havayla birlikte ortam verilmesiyle çalıĢır. ġekil 3’de bu difüzörün akıĢ Ģeması görülmektedir.

Şekil 3. Ön indüksiyon difüzörler ve indüksiyon oranı[5]

Çoklu meme difüzörler, üfleme ağzına bağlı olarak güçlü bir indüksiyon karıĢtırma yapısı sağlanarak ortama üfleyen bir yapıya sahiptir. Özellikle yüksek hızlı serbest akıĢların ortam havasıyla yönlendirilmesi prensibiyle çalıĢır. ġekil 4’de çok memeli difüzörlerin kesit Ģeması ve indüksiyon oranı tanımlanmıĢtır.

2 Slottlu ön indüksiyon difüzör için indüksiyon oranı :

I0 Vön hava

(L/s) Nominal uzunluk

2,54 16 1,2 0,98 75 1,2

____________________ 2728 _______



Şekil 4. Çok memeli indüksiyon difüzörler ve indüksiyon oranı[5]

Girdap difüzörler yoğun girdap hareketine bağlı üfleme yapılırken oluĢan girdapla beraber yüksek aspirasyonla birlikte birleĢtirilmiĢ hava akımının ortama verilmesi prensibiyle çalıĢır. Girdap difüzörler yüksek difüzör indüksiyonu üretirler ve besleme havası tavan hattı üzerinden ortama yönlendirilir. ġekil 5’de girdap difüzör kesiti ve indüksiyon oranları verilmiĢtir.

Şekil 5. Girdap difüzörler ve indüksiyon oranı[5] Yüksek indüksiyonlu difüzörler, havanın akıĢ sürecinde ikincil hava giriĢindeki yüksek kütle akıĢının yüksek hızını, birincil hava akımındaki düĢük kütle akıĢ hızına kinetik enerji olarak aktarırlar. Difüzöre yakın bir mesafede besleme havası akıĢ hızı büyük ölçüde düĢerken, yüksek akıĢ hızlarının ortamdaki akım riski ısıl yük gibi azalır. Yüksek indüksiyonlu difüzörler yüksek spesifik akıĢ oranlarında ve yakın aralıklı difüzör uygulamalarında tercih edilirler. 4. TEORİK ANALİZ DüĢük sıcaklıklı soğutma uygulamaları iklimlendirme ve soğutma sistem tasarımlarında analitik yöntemlere bağlı olarak tasarlanırlar. Bu tür sistemlerde iç ortam soğutma ihtiyaçları binanın ısı kazancına bağlı olarak hesaplanır. Bir ortam için ihtiyaç duyulan havanın enerjisi ısı kazancı yüküne bağlıdır[7].

ısıkazancıhava QQ (1)

2 Slottlu çok memeli difüzör için indüksiyon oranı :

Vön hava

(L/s) Nominal uzunluk

22 1,2 80 1,2

Girdap difüzörü için indüksiyon oranı :

Vön hava

(L/s) Nominal çap (D)

21 180 80 180

____________________ 2729 _______



dır.Santralde sistemin enerjisi akan hava debisine ve ortam sıcaklığıyla üfleme hava sıcaklığına bağlıdır. Bir santral için üflenen havanın enerjisi,

).(. 0TTcmQ hphavahava (2)

dir. Santralin soğutma bataryalarında soğutma ihtiyacına bağlı kompresör kapasitesi, bir soğutma çevrimi içinde ele alınılır. Soğutma yükü için kompresör gücü;

Lh QQW (3)

dir. Burada hQ kondenser yükü, LQ ise evaparatör yüküdür. Sistemin verimliliği ise etkinlik katsayısı

(COP) ile tanımlanır. COP kısaca istenilen birim soğutma yükü için harcanan enerjidir[8]. 5. BULGULAR VE DEĞERLENDİRMELERİ Bu çalıĢmada bir klima santralinde oluĢturulan yaz koĢulları dikkate alınarak düĢük soğutma uygulaması değerlendirilerek analizler yapılmıĢ sistem performansı soğutucu sistem yükleri dikkate alınarak yapılmıĢtır. Yaz Ģartları dikkate alınarak düĢünülen hacim sıcaklık parametreleri 24 °C kuru termometre sıcaklığı ve %50 bağıl nem değeri alınmıĢtır. ÇalıĢma verileri olarak üfleme hava sıcaklığı 6-15 °C aralığında kabul edilmiĢtir. Ayrıca özellikle soğutma hattı buhar sıkıĢtırmalı bir çevrim dikkate alınarak R-134a ve R-410A gazları referans alınarak sistemin soğutma yük artıĢları da dikkate alınarak sistemdeki enerji değiĢim etkileri araĢtırılmıĢtır. Sistem %100 taze hava koĢulları için, kanal üfleme havası akıĢ debisi 1000 l/s olarak modellenmiĢ ve dıĢ hava sıcaklığı 34 °C ve bağıl nem % 60 olarak alınmıĢtır. ÇalıĢmada model alınan düĢük sıcaklık soğutma sistem akıĢ Ģeması ġekil 6’de verilmiĢtir.

Şekil 6. DüĢük sıcaklıklı soğutma sistem akıĢı

Ġklimlendirme uygulamalarında yaz klima seçeneğinde ortam üfleme hava sıcaklığı 13-17 °C sıcaklık aralığı ile uygulama özelliklerine göre en çok tercih edilen aralıktır. Bu aralıklar ortam konfor Ģartları dikkate alınarak genellikle santralin otomasyonuyla sağlanır. Ancak düĢük sıcaklıklı uygulamalarda özellikle soğutma bataryasından itibaren sıcaklık ve nem kontrolüyle düĢük soğutma uygulamasının modellemesi yapılmıĢtır. Bu yönüyle yapılan analizlerde 8-15 °C kuru termometre sıcaklığı için santralin soğutucu yüzey çıkıĢ entapi değiĢimi incelenmiĢ elde edilen sonuçlar ġekil 7’de verilmiĢtir.

____________________ 2730 _______



Şekil 7. Kuru termometre sıcaklık değiĢimine bağlı soğutucu batarya çıkıĢ sıcaklığı

Soğutucu batarya sıcaklık değiĢimine bağlı olarak 8-15 °C sıcaklık için entalpi 20,58 kJ/kg ile 36,60 kJ/kg aralığında bir değiĢim göstermektedir. Ancak özellikle bu noktada bağıl nem oldukça artmaktadır. Özel soğutma uygulamaları ile bu noktada düĢük soğutma sistemlerinin neden olabileceği olumsuzlukları engellemek için kontrol altına alınmalıdır. Bu model çalıĢmada bağıl nem aralığındaki değiĢimi incelenmiĢ ve değiĢim sonuçları ġekil 8’de verilmiĢtir.

Şekil 8. Kuru termometre sıcaklık değiĢimine bağlı soğutucu batarya çıkıĢ bağıl nem değiĢimi

Model çalıĢmasında bağıl nem değiĢiminin verilen giriĢ sıcaklığı ile incelendiğinde %90-100 aralığına kadar zorlanmaktadır. Ancak bu değiĢimde ideal bağım nem aralığının %75,06 ile %80,19 aralığında değiĢtiği görülmektedir Bu tür nem yükü konfor Ģartları için istenmeyen bir durumdur. Bu akıĢ sürecinde nemin daha aĢağıya çekilmesi dolaylı olarak üfleme havasını arttıracaktır. ÇalıĢmada bunun kontrol altına alınması için difüzör akıĢ yöntemi planlanmıĢtır. Bunun için iç ortam ile dolaylı bir karıĢım sağlanması yüzey akıĢında nemin dolaylı kontrolüne imkan yaratacak bu da iç ortamda nemin %50 ile %60 aralığında kontrolüne imkan sağlayacaktır. Bunun için düĢünülen difüzör akıĢ modeli Ģekil 9’da verilmiĢtir.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

8 9 10 11 12 13 14 15

Enta

lpi (

kJ/k

g)

Kuru termometre sıcaklığı C

soğutucu çıkışı entalpi(kJ/kg)

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

8 9 10 11 12 13 14 15

Bağ

ıl n

em %

Kuru termometre sıcaklığı C

____________________ 2731 _______



Şekil 9. Ġç ortam havası karıĢımlı yüksek indüksiyon difüzörler[9]

Bağıl neme bağlı ısıl kontrol sağlanması ile birlikte düĢük sıcaklıklı soğutma uygulamalarında soğutma kapasitesindeki artıĢın neden olduğu enerji tüketimleri sistemin olumsuz noktası olarak değerlendirilebilir. Ancak bu yük dağılımı iki yönlü sorgulanmalıdır. Birincisi soğutucu akıĢkan yükü için doğru soğutucu akıĢkan kullanımına özen gösterilmelidir. Bu çalıĢma için referans alınan R-410A ve R-134a soğutucu akıĢkanlarının tanımlanan yük değerlerinde enerji tüketim potansiyelleri ve değiĢimleri incelenmiĢtir. Ġncelenen yük dağılımları 8 °C ile 15°C arasında üfleme sıcaklıkları için ihtiyaç duyulan soğutma gücü referans alınarak hesaplanmıĢtır. ġekil 10’da her iki soğutucu akıĢkan için çevrimin güç tüketimleri görülmektedir.

Şekil 10. R-134a ve R-404A soğutucu akıĢkan için çevrimin güç tüketimleri

Her iki soğutucu akıĢkan arasında güç dağılımları incelendiğinde kümülatif toplamda ihtiyaç duyulan güç tüketimleri arasında %6,60 aralığında olduğu görülmüĢtür. Özellikle R-134a soğutucu akıĢkan tercihinin daha doğru bir yaklaĢım olduğu görülmüĢtür. ÇalıĢmada Soğutucu akıĢkan akıĢ yükleriyle birlikte santral soğutma hücresinde akıĢkanın (kg/h) akıĢ debisi ve sıcaklığa bağlı akıĢtan kaynaklı enerji yükü sorgulanmıĢ ve her bir sıcaklık değiĢimi incelenmiĢtir. Özellikle debi ve soğutma yükü arasında ters bir korelasyon görülmektedir. Her yük dağılımında debiye bağlı güç ihtiyacının artması sistemde soğutma devresinin kompresör tüketimi yönüyle sorgulanmalıdır. ġekil 11’de soğutma hücresinde soğutucu akıĢkan debi ve güç akıĢları görülmektedir.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

8 9 10 11 12 13 14 15

Ko

mp

resö

r gü

ç tü

keti

mi (

kW)

Sıcaklık C

R410A R134a

____________________ 2732 _______



Şekil 11. Soğutucu akıĢkan debi ve güç ihtiyaçları

Bu iki parametre kapasite ve imalat maliyetleriyle sistemi ilgilendiren noktalardır. Özellikle yıl içinde yük dağılımının dalgalı olması ve bunlara bağlı güç ihtiyaçları önemlidir. Bu tür bir sistem uygulamasında düĢük soğutma sıcaklığına sahip bir dağıtımın tercih edilmesi bu yükte standart soğutucu akıĢkan kullanımının güç ihtiyacı ile santralin böyle çalıĢtırılması için gerekli güç ihtiyaçları karĢılaĢtırılmıĢ ve entalpi değiĢimleri sorgulanmıĢtır. DüĢük sıcaklıklı soğutma uygulamalarında 15 °C sıcaklıktan 8 °C değiĢimde hava sıcaklığının düĢmesi ile birlikte entalpideki azalmaya karĢılık soğutma kapasitesindeki artıĢ miktarı incelenmiĢ değiĢim oranları ġekil 12’de verilmiĢtir.

Şekil 12. Hava ve soğutucu akıĢkan entalpi değiĢim oranları

Bu değerlendirmeler tüm sistemin performans değiĢimi için bize doğrudan olumlu sonuçlar vermektedir. Özellikle 15 °C’den üfleme havasının 8 °C’ye düĢürülmesinde birim kütle için %13,6’lık değiĢim olurken, R-404A ile R-134a’daki artıĢlar sırasıyla %6,1 ve %5,7 olarak bulunmuĢtur. SONUÇ Ġklimlendirme uygulamalarında düĢük sıcaklıklı soğutma uygulamalarında teknolojik yetersizlikler nedeniyle çok tercih edilmeyen uygulamalar, özellikle yüksek injeksiyonlu difüzörler ile uygulama alanı bulmuĢtur. Bu çalıĢmada oluĢturulan matematiksel model ile birlikte diğer bir çok avantajı yanında enerji yükünde birim yük için proses veriminde R-410A için %10,06, R-134a için %10,24’lük bir iyileĢme görülmektedir. Enerji yükü yönüyle bu değerlerin korunabilmesi, kayıp yükler ve öze llikle

0

10

20

30

40

50

60

70

8 9 10 11 12 13 14 15

Par

ame

tre

ler

Sıcaklık C

Birim enerji (kJ/kg)

Debi (kg/h)

000

002

004

006

008

010

012

014

016

8 9 10 11 12 13 14 15

De

ğişi

m o

ran

ı

Sıcaklık C

Soğutucu batarya değişim oranı

Üfleme batarya değişim oranı

R-410A

R134a

____________________ 2733 _______



yalıtımın etkinliği ile sağlanabilir. Sistem maliyet etkinliğiyle değerlendirilmemiĢtir. Özellikle difüzör maliyetleri sistem yatırım maliyetini olumsuz etkileyecektir. Ancak bunun için ömür süreç analizleri ve eksergoekonomik çalıĢmalar gelecek için planlanmıĢtır. KAYNAKLAR [1] J.M. A Better Solution for Proper Space Air Distribution, Air Handling Systems, Engineering &

Technical BulletinJohns Manville Performance Materials Division, USA, http://www.jm.com/content/dam/jm/global/en/hvac-insulation/HVAC-documents/Resources/80-6-ISD_A%20Better%20Solution%20for%20Proper%20Space%20Air%20Distribution.pdf

[2] S.A.Tassou, Y.K. Leung “Energy Conservation in commercial air conditioning through ice storage and air distrubition design Heat Recovery Systems and CHP, Volume 12 Issue 5 , September 1992 Sayfa 419-425.

[3] S. T. Ahmeda, A. A. Mahdib, H. M. A. Hussein, “A Theoretical Study for Cold air Distribution to Different Supply Patterns” International Journal of Engineering & Technology IJET-IJENS Vol:13 No:04, Sayfa 7-18

[4] Energystar, Air Distribution Systems, ENERGY STAR Hotline, USA. 2013 https://www.energystar.gov/ia/business/EPA_BUM_CH8_AirDistSystems.pdf

[5] Krantz, Cold Aır Dıstrıbutıon, Krantz Products & Systems Australıa Pty Ltd, http://www.krantz.asia/content/tools/articles/air-distribution-cold-air-distribution/article-air-distribution-cold-air-distribution.pdf

[6] Mehmet Bigili, Erdoğan ġimĢek, Yusuf Polat, Apdulkadir YaĢar, Havalandırma Sistemleri, Çukurova Üniversitesi, Meslek Yüksek Okulu, Adana Meslek Yüksek Okulu Yayınları (1), Adana, 2005, http://www.deneysan.com/Content/images/documents/havalandirma-teknigi_48161730.pdf

[7] Ziya Söğüt, Hüseyin BULGURCU, Zuhal Oktay, “Nemlendirme üniteli kıĢ iklimlendirmesinde havanın termodinamik analizi”, IV. Ege Enerji Sempozyumu, 21-23 Mayıs 2008 Ġzmir.

[8] M.Ziya SÖĞÜT, Hikmet KARAKOÇ, Klimalarda Enerji Verimliliği Sınıflandırılmasında Farklı Bir YaklaĢım: Ekserjetik Verimlilik Oranı Ve Çevresel Etki Oranı, Tesisat Mühendisliği Dergisi, sayı 135 Sayfa 50-61. Mayıs Haziran 2013.

[9] Kiefer, Ceiling Induction Cooling System INDULCLIP-DIK, Kiefer Luft- und Klimatechnik http://www.kieferklima.de/en/02_linear_diffusers/9_product_novelities.php

ÖZGEÇMİŞ M. Ali BULUT 1990 yılı Bolu doğumludur. 2013 yılında Marmara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümünü bitirmiĢtir. 2014 yılında Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Termodinamik Anabilim Dalı’nda yüksek lisans eğitimi almaya baĢlamıĢtır. 2013 yılından beri Türk Silahlı Kuvvetlerinde Mühendis Subay olarak, Balıkesir Astsubay Meslek Yüksek Okulunda Öğretim Görevlisi olarak görev yapmaktadır. Isıtma, Soğutma ve Ġklimlendirme konularında çalıĢmaktadır. M. Ziya SÖĞÜT 1964 Mardin doğumludur. 1984-2006 yıllarında Türk Silahlı Kuvvetlerinde Öğretmen Subay olarak görev yapmıĢtır. 2005 yılında Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünden Makine Mühendisliği yüksek lisans programını, 2009 yılında aynı enstitünün Makine Mühendisliği doktora programını tamamlayıp doktor unvanını almıĢ, 2009 yılında yardımcı doçentlik kadrosuna atanmıĢ ve 2013 yılında Makine Mühendisliği Enerji Teknolojileri dalında doçentlik unvanın almıĢtır. Halen Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde, Piri Reis Üniversitesi Denizcilik Fakültesinde Misafir Öğretim elemanı olarak Lisans, Yüksek Lisans ve Doktora dersleri vermektedir. Ayrıca Sertifikalı Bina enerji yöneticisi, Enerji Verimliliği Derneği Bursa ġubesi Yönetim Kurulu Üyeliği, Ulusal ve uluslararası bilimsel

https://www.energystar.gov/ia/business/EPA_BUM_CH8_AirDistSystems.pdf

http://www.deneysan.com/Content/images/documents/havalandirma-teknigi_48161730.pdf

http://www.deneysan.com/dersnotlari/UB17.pdf

http://www.deneysan.com/dersnotlari/UB17.pdf

____________________ 2734 _______



dergilerde hakemlik görevlerine devam etmektedir. Enerji, Ekserji, Eksergoekonomik analizler ve optimizasyon, Isı geri kazanımı, Yenilenebilir Enerjiler ve uygulamaları, Enerji yönetimi, Soğutma teknolojileri ve uygulamaları, çevre teknolojileri ve analizleri konularında proje ve çalıĢmaları vardır. Recep YAMANKARADENİZ 1975 yılında Ġstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi’nden mezun oldu. 1983 yılında Ġstanbul Teknik Üniversitesi’nde doktorasını tamamladı. 1985 yılında Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü’ne Yardımcı Doçent olarak atandı. 1990 yılında Doçent ve 1995 yılında Profesörlük unvanını aldı. Ġdari görevleri arasında: 1996-1999 yıllarında Makine Mühendisliği Bölüm BaĢkanlığı ve Uludağ Üniversitesi Rektör DanıĢmanlığı yer almaktadır. Isı pompası, ısıtma, soğutma, klima ve ısıl konfor konusunda ulusal ve uluslararası çalıĢmaları mevcuttur.

İklİmlendİrme uygulamalarinda dÜŞÜk sicaklikli … · modern bina teknolojilerinde ısıtma...

Documents